基于平滑超螺旋滑模与RBF神经网络的PMSM位置伺服复合控制

微特电机 ›› 2026, Vol. 54 ›› Issue (9): 34-41.

基于平滑超螺旋滑模与RBF神经网络的PMSM位置伺服复合控制

刘　浩，金学伟，张　晨

辽宁科技大学　机械工程与自动化学院,鞍山 114051

出版日期:2026-09-28 发布日期:2026-09-28
作者简介:刘浩(1999—),男,硕士研究生,研究方向为电机及其控制。金学伟(1968—),男,博士,讲师,硕士生导师,主要研究方向为机电检测与控制。

Composite Position Servo Control of PMSM Based on Smooth Super-Twisting Sliding Mode Control and RBF Neural Network

LIU Hao,JIN Xuewei,ZHANG Chen

School of Mechanical Engineering and Automation,Liaoning University of Science and Technology,Anshan 114051,China

Online:2026-09-28 Published:2026-09-28

摘要/Abstract

摘要：

针对永磁同步电机( permanent magnet synchronous motor,PMSM) 位置伺服系统在快速定位、目标附近平稳收敛及受载恢复过程中的动态性能要求, 构建一种由基于误差调度平滑超螺旋滑模控制( smooth super-twisting sliding mode control, SSTSMC) 的位置环和径向基函数 (radial basis function, RBF) 神经网络自适应比例积分(proportional-integral,PI) 控制速度环组成的复合控制策略。位置环以位置误差构造滑模变量,通过误差调度增益、连续饱和函数和局部积分补偿生成参考转速,在提高位置响应速度的同时抑制目标附近超调和反复修正。速度环采用基于RBF神经网络的自适应 PI 控制结构。基于MATLAB/Simulink 进行位置阶跃、变速跟踪和负载扰动仿真。结果表明,误差调度平滑超螺旋滑模控制与RBF自适应PI复合控制策略可减小位置阶跃末端超调和稳态误差,降低稳态速度波动及负载扰动引起的转速跌落,改善位置伺服系统的快速性、末端平稳性和扰动恢复性能。

关键词: 永磁同步电机, 三闭环伺服, 平滑超螺旋滑模控制, 径向基函数神经网络, 自适应比例积分, 负载扰动

Abstract:

To meet the dynamic performance requirements of permanent magnet synchronous motor ( PMSM) position servo systems in rapid positioning,smooth convergence near the target position,and recovery under load,a composite control strategy consisting of a position loop based on error-scheduled smooth super-twisting sliding mode control ( SSTSMC) and a radial basis function ( RBF) neural-network-based adaptive proportional-integral ( PI ) speed loop is constructed. In the position loop,a sliding-mode variable is constructed from the position error,and the reference speed is generated through error-scheduled gains, a continuous saturation function, and local integral compensation, thereby improving the position response speed while suppressing overshoot and repeated correction near the target position. The speed loop adopts an adaptive PI control structure based on the RBF neural network. Position-step,variable-speed tracking,and load-disturbance simulations are conducted in MATLAB / Simulink. The results show that the composite control strategy combining errorscheduled SSTSMC with RBF adaptive PI control can reduce the terminal overshoot and steady-state error of the positionstep response,suppress steady-state speed fluctuations and the speed drop caused by load disturbances, and improve the rapidity,terminal smoothness,and disturbance-recovery performance of the position servo system.

Key words: permanent magnet synchronous motor, three-loop servo, smooth super-twisting sliding mode control, radial basis function neural network, adaptive proportional-integral, load disturbance

中图分类号:

TM351

刘　浩, 金学伟, 张　晨. 基于平滑超螺旋滑模与RBF神经网络的PMSM位置伺服复合控制[J]. 微特电机, 2026, 54(9): 34-41.

LIU Hao, JIN Xuewei, ZHANG Chen. Composite Position Servo Control of PMSM Based on Smooth Super-Twisting Sliding Mode Control and RBF Neural Network[J]. Small & Special Electrical Machines, 2026, 54(9): 34-41.

[1]	阎　彦, 杨雄威, 王志强, 邱德东, 林治臣. 偏心状态下永磁同步电机代理模型的建模方法[J]. 微特电机, 2026, 54(9): 1-7,19.
[2]	刘雨涛, 王艳华, 管泉才, 张鹏翔, 邓吉琛. 基于单双向热耦合的内置式永磁同步电机电磁噪声特性对比分析[J]. 微特电机, 2026, 54(9): 8-13.
[3]	徐亚美, 潘秉钰, 苗　强, 邓金涛. 基于PI-IP双等级自由度控制器的永磁同步电机转速控制方法[J]. 微特电机, 2026, 54(9): 53-56,72.
[4]	吴天阳, 淡淑恒, 王栋博, 孔佑辰. 机器人关节用 SPMSM 无差拍扩展有限集模型预测转矩控制[J]. 微特电机, 2026, 54(9): 57-62.
[5]	管　敏, 吕宏展, 许德喜, 钱　儿. 人形机器人关节线性执行器永磁同步电机设计[J]. 微特电机, 2026, 54(9): 63-68.
[6]	李东涛, 陈景爱, 眭　敏, 闫昱丞. 空调压缩机用永磁同步电机抗退磁可靠性提升研究[J]. 微特电机, 2026, 54(8): 30-33,42.
[7]	卢友文, 马方潇, 李培祥, 何立松, 柯栋梁. 基于正负序电流检测的永磁同步电机匝间短路故障在线诊断方法[J]. 微特电机, 2026, 54(8): 73-78.
[8]	陈　萍, 余建锐, 王尔申, 高腾博. 基于改进边界条件与磁导网络的永磁同步电机磁场解析[J]. 微特电机, 2026, 54(7): 8-17.
[9]	白李飞, 王云飞, 唐陈禹. 基于新型锁相环与改进超螺旋滑模观测器的PMSM 无位置传感器控制研究[J]. 微特电机, 2026, 54(7): 59-65.
[10]	马辰芸, 张建忠. 低载波比永磁同步电机的离散域模型及其解耦策略研究[J]. 微特电机, 2026, 54(7): 73-79.
[11]	许　奕 , 张成新 , 潘成福 . 基于模糊逻辑与归一化电流的永磁同步电机开路故障智能诊断方法[J]. 微特电机, 2026, 54(7): 87-92.
[12]	刘淑芬, 范泽涛, 张志华, 夏　雨. 汽车悬架用 SPMSM 转矩脉动谐波畸变率协同优化[J]. 微特电机, 2026, 54(6): 9-13.
[13]	冯　浩, 陈祖金, 华　浩. 基于绕组星 -角形接法切换策略的永磁同步电机综合效率提升研究[J]. 微特电机, 2026, 54(6): 19-24.
[14]	韩宝虎, 杨　坤, 孙炜歆, 赵　亮. 矿用输送机用轮辐式永磁电机转矩波动优化设计[J]. 微特电机, 2026, 54(6): 31-35.
[15]	丰　丽, 赵世伟. 基于对称型 FIR 滤波器的重复控制器设计[J]. 微特电机, 2026, 54(6): 51-56.